金属离子增强甲基汞去甲基化作用机制的研究

Sulfur-containing amino acids such as cysteine and glutathione in the environment, and cysteine residues of Organomercurial Lyase (MerB) in vivo play an important role in the degradation of methylmercury (MMHg). This study focus on the role and mechanism for enhancment of MMHg degradation by metal ions such as Fe3+. Given the lack of research on factors influencing the degradation of MMHg by amino acids, the environmental condition and dynamics of photochemical degradation of MMHg will be studied through simulating experiments. Furthermore, the role and mechanism of metal ions, especially Fe3+ and Cu2+ in the photochemical degradation of MMHg, will be clarified. Meanwhile, model compounds will be used to study the behavior of degradation and the role of metal ions in the process of MMHg degradation. Finally, Density Functional Theory will be used to explain how the metal ions influence the degradation of MMHg induced by sulfur-containing amino acids. According to the above work, the role and mechanism of metal ions on the MMHg degradation induced by sulfur-containing amino acids will be revealed. The conducing of this study is helpful for understaning the biogeochemistry of MMHg, and for the control of the MMHg pollution and the reduction of the hazards of MMHg to the humans and organisms.

环境中半胱氨酸等含硫氨基酸以及生物体内有机汞降解酶(MerB)的半胱氨酸残基对有机汞降解有重要作用，但目前还缺乏对实际环境条件下有机汞降解过程的研究。本项目将重点研究含硫氨基酸诱导甲基汞降解过程中，Fe3+等金属离子对该过程的增强作用机制。拟通过对甲基汞光化学降解过程实验室模拟以及实际环境体系中甲基汞光化学降解过程模拟，研究实际环境甲基汞光化学降解过程、降解动力学及环境因素的影响，阐明Fe3+等离子对甲基汞光化学降解的影响及作用机制；同时，通过构建模型化合物，模拟研究金属离子存在条件下含硫氨基酸巯基诱导的甲基汞降解行为以及金属离子对该过程的影响，并利用密度泛函理论计算Fe3+等金属离子在C-Hg键清除中的贡献及作用方式，揭示金属离子对甲基汞C-Hg键断裂或清除的作用与机理。项目实施将进一步加深人们对甲基汞生物地球化学循环的认识，为甲基汞污染治理和降低其对生物体及人类健康危害提供重要依据。

环境水体中甲基汞的光化学降解以及汞的氧化还原过程是环境地球化学循环中重要环节，与人类健康密切相关。甲基汞在光照的条件下，与天然有机质的作用得以降解。Fe3+与天然有机质协同作用对甲基汞的降解呈现出复杂的机制，Fe3+在不同天然有机质成分、浓度及其他环境因素作用下，对甲基汞降解行为呈现出不同的影响。二氧化钛等工程纳米材料排入环境，引起了环境污染物地球化学行为的变化。本课题的研究发现，二氧化钛可以使汞的还原增强，特别是在海水等含盐分高的水体中，这种作用与pH、天然有机质等因素有密切关系，可吹扫汞形态的增加提高了汞全球传输的风险。本课题针对实际环境复杂水体介质中超痕量汞形态现场分析以及我们课题研究的需求，特别是海水等难以常规手段分析的复杂基质，开发了中空纤维离子液体膜液液液三相微萃取、基于石墨烯等复合材料的磁性固相萃取等富集方法用于实际环境体系的汞形态分析方法，同时建立了Fe3+与半胱氨酸协同诱导有机汞降解作为联用接口的液相色谱-原子荧光联用系统。本课题的研究深化对汞环境地球化学行为的认识，为环境汞污染治理和降低提供基础数据、为研究汞对生物体及人类健康危害提供重要依据。本课题所开发的汞形态富集方法及联用系统接口为实际环境复杂介质中汞形态分析提供了成套解决方案，也为国产仪器的发展提供了技术支持。